Onderzoekers zien rol voor grafeen als interconnects

Medewerkers van het technologie-instituut van de Amerikaanse staat Georgia hebben metingen verricht aan chip-interconnects die van grafeen zijn vervaardigd. Het materiaal bleek zeer goed geleidend voor zowel elektronen als voor warmte.

Grafeen bestaat uit zeer dunne lagen koolstof: in de praktijk kan grafeen als een verzameling tweedimensionale koolstofstructuren van slechts één atoom dik worden gezien. Het opmerkelijke materiaal blijkt in potentie een breed toepassingsgebied te hebben. Onderzoekers zagen eerder al mogelijkheden voor grafeen bij de vervaardiging van snelle processors, geheugen en transistors, en als materiaal in spintronica. Het nieuwste toepassingsgebied zou bij interconnects kunnen liggen, waar grafeen als vervanger voor koper kan gaan dienen.

De onderzoekers die tot deze conclusie kwamen zijn werkzaam bij het Georgia Institute of Technology. Ze baseerden hun uitspraak op metingen die ze aan interconnects van grafeen hebben verricht. Interconnects worden over het algemeen van koper gemaakt en moeten stroom naar de chips leiden. Grafeen zou die rol kunnen uitbreiden naar een dubbelfunctie: het materiaal zou ook door de chip ontwikkelde warmte door geleiding weg kunnen voeren. Het warmtegeleidingsvermogen van grafeen bedraagt ruim 1000W/mK, bijna drie maal zo groot als dat van zuiver koper, dat 390W/mK bedraagt. Van grafeen gemaakte interconnects met een breedte van 16nm bleken bovendien duizend maal hogere stromen door te kunnen geven dan koperen interconnects van dezelfde doorsnede.

Dankzij zijn fysieke eigenschappen zou het gebruik van grafeen voor interconnects kunnen zorgen die sterker dan koperen interconnects zijn en beter met de warmteproductie van chips kunnen omgaan. De hoge stroomdichtheid die grafeen aankan - deze ligt in de orde van grootte van honderd miljoen ampère per vierkante centimeter - zou moeten voorkomen dat de interconnects na verloop van tijd door elektromigratie worden verbroken.

Reacties (33)

[Xenomorphh]

hmm was dit niet allang bekent?
het bekende potlood lijntje op je mobo tekenen???

[SuperNull]

Hiet niewtje hier is niet DAT je met koolstof warmte en stroom kan geleiden maar dat het er naar uitziet dat je het BETER en betrouwbaarder kan laten geleiden dan koper. Dat is best opzienbarend.

[DataGhost]

Dat is grafiet, dat geleidt inderdaad stroom ja. Het bovenstaande speelt zich af op een compleet andere schaal.

[mux]

Precies, de stroomdichtheden waar we nu over spreken zijn mega-ampères per vierkante millimeter. Dat kan grafeen in niet-supergeleidende toestand al geleiden, en vrijwel niks anders kan dat.

[Xenomorphh]

hmm ik dacht altijd dat er grafiet en koolstof in een potlood zaten maar goed zat er blijkbaar naast. de schaal maakt toch niet uit het gaat er toch om dat het geleid?

[DataGhost]

Ja, er zit grafiet (koolstof) in een potlood. De schaal maakt echter wel uit, het gaat hier ook vooral om de mate van geleiding. Grafiet geleidt een stuk minder goed dan koper, daarom wordt het bijvoorbeeld gebruikt in weerstanden. Grafeen doet dit een heel stuk beter. Buiten dat is 'grafiet' niet echt bruikbaar in een processor, het is te groot. Zodra je het klein genoeg krijgt heet het opeens weer grafeen en krijgt het heel andere eigenschappen. Het maken ervan is echter weer een stuk lastiger.

[Verwijderd]

Klopt, hier nog wat extras:

Grafiet is de opeenstapeling van grafeen. Grafiet is als het ware de "verdriedimensionalisering" van grafeen. Het is zowat de snelste halfgeleider die we kennen, en grafiet erft enkele eigenschappen. Feit is wel dat grafiet wellicht te groot is op deze schaal, vandaar dat men over grafeen praat.

Experimentje:

Ontdoe het houten omhulsel van je mooiste tekenpotlood en steek dit in je stopcontact, en dit terwijl je het tusen duim en wijsvinger vasthoud. Ik zou wel eerst de hulpdiensten bellen :-).
(grafiet is dan wel geen topgeleider, het erft wel een beetje geleiding van zijn kleine broerje)

http://nl.wikipedia.org/wiki/Grafeen
http://nl.wikipedia.org/wiki/Grafiet

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 25 juli 2024 01:59]

[Verwijderd]

Ummm ik denk dat van dat beetje lekstroom niemand warm of koud zal worden. Dan zul je eerst in een goede plas water moeten gaan staan.

[Verwijderd]

Heb er zelf al aangehangen, en gelukkig direct gelost. Zeker niet plezant! En je moet maar eens naar een van de eerste afleveringen van House M.D. S04 bekijken, zal ook wel wat illustreren :-).

[Pmf1971]

Haha inderdaad die House is altijd zo nieuwsgierig naar de denkwijzen van anderen dat ie echt zover gaat om zich in te pluggen in 110 V om erachter te komen.

[deus4]

Grafiet zou gezien kunnen worden als opgestapelde lagen grafeen volgens wiki, dus zover zat Xenomorphh er volgens mij niet naast.

Hoe zit het eigenlijk met de productie kosten van grafeen? Hoe complex is het om een koperlijntje te vervangen door grafeen?

[Mini-me]

Grafeen is vergelijkbaar met grafiet, met het verschil dat het kristalrooster van grafiet 3-dimensionaal is en dat van grafeen 2-dimensionaal (de atomen liggen in een "plat" vlak). Als je met een potlood over een vel papier strijkt, kun je hier en daar stukjes grafeen tegen komen.

Het produceren van een laag grafeen werkt dus iets anders dan het produceren van chips, waarbij er lagen worden opgedampt en vervolgens stukken van die lagen worden weg geëtst. Voor grafeen zou je kristalstructuren moeten laten "groeien".

[the_stickie]

ook het silicium waarop chips geëtst worden is een gegroeid enkelvoudig kristal dat weer in schijfjes gesneden wordt
http://en.wikipedia.org/w..._die_Waferherstellung.jpg

[Kabouterplop01]

Als iets, ook al is het 1 atoom dik, een lengte een breedte en een hoogte heeft dan is het toch 3 dimensionaal of snap ik het nou gewoon niet?
Of is de dikte verwaarloosbaar en noemt men het voor het gemak dan 2 dimensionaal?

[Nox]

Zoals je zelf al zegt, de hoogte is precies 1 atoom en daarom kan je niet meerdere atomen stapelen. Hierdoor is geen driedimensionaal raster mogelijk. Je kan ze alleen maar naar breedte van de strook rasteren en naargelang de lengte.

[ajdales]

Het raster is op deze schaal weldegelijk driedimensionaal, het volume is namelijk 1*x*x atomen groot

[kwinvdv]

Daar heb je wel gelijk in, dat het wel een driedimensionaal object zal zijn, maar omdat het in de dikte slechts een atoom dik is, is dat relatief gezien heel klein, namelijk het dunst wat je uit materie kan bestaan en daarom kan je denk ik zeggen dat je het als iets tweedimensionaals kan zien, omdat de breedte en lengte gigantisch vele malen groter is dan de dikte.

[Kabouterplop01]

dank, ik heb dus gewoon verkeerd gelezen!

[Tower410]

En als ze grafeen ooit in koelers gaan gebruiken? Dan zou je je pc bijna 3x zo goed kunnen koelen toch? Niet dat het erg goedkoop is

[SA007]

Warmtegeleiding is 1 ding, maar je hebt ook nog steeds dat de warmtegeleiding naar lucht best slecht is.
Dus ook al kan die chip en de koeler een flink hogere temp aan, het zal toch de lucht in moeten.

Daarom zie je bij koelers ook relatief weinig verschil tussen alu en koper koelers (het hetzelfde oppervlak) ondanks dat koper veel beter warmte geleid.

Daarom zijn koelers groot en heb je heatpipes, om de warmte te verdelen over een groot oppervlak, en wat voor materiaal je ook hebt je hebt dat oppervlak nodig.
Bij grafeen zouden misschien de heatpipes wegkunnen maar daar houdt het dan ook nogal mee op helaas.

[kwinvdv]

Als dit ook een goedkopere manier is om interconnecties te maken in onder andere processors dan met koper, zie ik er alleen voordelen in, want het geleid veel beter de warmte af en kan hogere stromen aan, waardoor dit minder snel de beperkende factor zal zijn voor het aantal Ampère wat door een processor gaat en het mogelijk is ze stabieler/hoger te clocken.

[Verwijderd]

Hopelijk gaan ze ermee verder ontwikkelen en experimenteren, het zou goed zijn om een stof te ontwikkelen waarmee de clockfrequenties van o.a. processoren nog wat meer de hoogte in zouden kunnen gejaagd worden. En als dat een goedkopere manier is, is dat erg mooi meegenomen.

[Verwijderd]

Toepassingen genoeg, nu nog grafeen op een deftige manier kunnen aanmaken en deponeren, want daar zit de grootste uitdaging... veel verder dan wat schilfers op een oppervlak zetten, zijn we nog niet geraakt...

[Verwijderd]

Ik zie op Tweakers erg vaak berichten voorbij komen welke betrekking hebben tot de ontwikkelingen op het gebied van grafeen als geleider. Wanneer gaat het goedje in elektronische consumenten producten verschijnen? Worden er door chipmakers überhaupt al stappen gemaakt om deze technologie toe te passen in hun producten?

[Molybdenum]

wat betreft de warmtegeleiding: bij grafeen is dat heel hoog, maar het is niet isotroop. dwz, het is niet in alle richtingen gelijk. in het vlak is de geleiding hoor, maar haaks op het vlak waarschijnlijk extreem laag.

dat zal voor electrische geleiding ook wel gelden,

[Verwijderd]

Omdat dit alleen de physical layer aangaat kan ik fijn ms-dos blijven gebruiken!!!!

[BroederM]

ben ik de eerst die denkt LN2-TUBE !!!!